矿业工程非金属材料

这是一篇关于矿业工程非金属材料的思维导图，主要内容包括：其他非金属材料，混凝土，水泥。

矿业工程非金属材料

• 水泥
  • 由水泥熟料、石膏、混合材磨细而成的一种水硬胶凝材料
  • 按用途和性能分
    • 通用水泥
      • 以硅酸盐水泥熟料为主成分，含：1硅酸盐水泥：早期强度及后期强度都较高，在低温下强度增长比其他种类的水泥快，抗冻、耐磨性都好，但水化热高，抗腐蚀性差； 2普通硅酸盐水泥：除早期强度比硅酸盐水泥稍低，其他性能接近硅酸盐水泥； 3矿渣硅酸盐水泥：早期强度低，低温环境强度增长慢，后期强度增长快，水化热较低；抗硫酸盐侵蚀性好，耐热性好，但干缩变形较大，析水性较大，耐磨性差； 4火山灰硅酸盐水泥:早期强度低，低温环境强度增长慢，高温潮湿环境中(蒸汽养护)强度增长快，水化热低，抗硫酸侵蚀性好，但干缩变形大，析水性大，耐磨性差； 5粉煤灰硅酸盐水泥：早期强度低，水化热比火山灰水泥还低，和易性好，抗腐蚀性好，干缩性较小，但抗冻、耐磨性较差； 6复合硅酸盐水泥：介于2和4、3和5之间，当复掺混合材料较少时（小于20%），它的性能与普通水泥相似，随着混合材料复掺量的增加，性能也趋向所掺混合材料的水泥。
      • 性能指标
        • 细度：水泥颗粒粒径愈细，水化愈快，早期强度和后期强度高
        • 凝结时间：分初凝、终凝两种。初凝时间不宜过短；终凝时间不宜太长；
        • 体积安定性：指水泥净浆硬化后体积变形的均匀适度性。体积安定性不良的原因是由于熟料中存在游离氧化钙和氧化镁或掺入石膏过量。 安定性不合格属废品,不得使用
        • 强度:按标准试验、养护后测的强度,分32.5~62.5;42.5的28d抗压强度≥42.5mpa
        • 水化热：水泥的水化反应是放热反应，放出的热量称为水化热，对冬期施工有益，可促进水泥的水化进程
    • 专用水泥
    • 特性水泥
  • 矿山条件对水泥种类的要求
• 混凝土
  • 组成
    • 水
      • 拌和水
        • 饮用水
        • 地表水+地下水：首次使用前，应检验
        • 再生水
        • 设备洗刷水：可用，但注意水中所含水泥、外加剂对混凝土的影响，且氯、硫不超标
        • 海水：可用于素混，不可用于钢混、预应力混凝土、有饰面要求的混凝土
      • 骨料含水：配合比设计时，考虑骨料含水量的影响
    • 骨料
      • 细骨料：混凝土用砂按0.63mm筛孔分三个级配区：Ⅰ 区用于强度等级大于C60的混凝土； Ⅱ区用于C30~C60及抗冻、抗渗或其他要求的混凝土（配制混凝土时宜优先选用）；Ⅲ区用于小于C30的混凝土和建筑砂浆。 泵送混凝土，宜选用中砂。
      • 粗骨料：碎石、卵石，宜用连续粒级；粒径偏大可节省水泥，但施工困难。规定：石子最大粒径不超过最小结构断面的¼，实心板不超½，且粒径不大于50mm，同时不超钢筋最小间距的¾
    • 水泥： 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥
    • 外加剂：掺量一般不超水泥质量5%，称量误差不超规定计量的2%。 a、改善流动性能：引气剂、减水剂、泵送剂； b、调节凝结时间、硬化性能：缓凝剂、速凝剂和早强剂； c、改善耐久性： 引气剂、防水剂、阻锈剂； d、其他性能： 加气剂、膨胀剂、防冻剂 不同品种外加剂复合使用，应试验，检验其相容性及对混凝土性能的影响
    • 矿物掺合料：代替部分水泥，以氧化硅、氧化铝为主+≥5%有火山灰活性的粉体材料
  • 技术要求
    • 1和易性
      • 概念：拌和料在一定条件下满足浇筑方便并能获得均匀密实性效果的一种综合性能，用坍落度评价。包括三方面含义：1流动性:拌合物受重力或振捣时能够流动的性质；2黏聚性：拌合物抵抗离析的能力。 3保水性：拌合物中的水不被析出的能力（泌水）。
      • 影响因素： 1水泥品种； 2水灰比：过高会降低浆液的结聚性，易泌水； 3水泥和水的用量：水量多少对坍落度有重要影响，是决定其流动性的基本因素； 4砂率：砂子：骨料的总质量，过小则坍落度小，石子易离析；过高则拌合物干涩、坍落度也会变小。配合比采用合理砂率，有最大坍落度。
    • 2强度
      • 强度等级采用标准养护（20±2℃，湿度＞95%）28d的15cm方块抗压强度值确定的（C表示）。
      • 影响因素：1混凝土基本成分； 2搅拌与振捣程度； 3养护：12h内有覆盖和浇水，浇水养护不少于7d，火山灰水泥、粉煤灰水泥、抗渗混凝土、缓凝剂混凝土均为14d
      • 提高强度措施：1提高水泥强度等级，降低水灰比。如降低水灰比不满足和易性要求时，可掺减水剂； 2用级配良好且干净的粗砂、石+高强度石子； 3加强搅拌和振捣成型； 4加强养护，保证适宜的温度和较高的湿度（也可用湿热处理-蒸汽养护，提高早期强度）； 5添加增强材料：硅粉、钢纤维等
      • 体积变形含收缩变形、干缩变形、温度变形。施工关键是控制大体积混凝土变形裂缝、提高结构耐久性。 大体积混凝土裂缝分1表面裂缝和2贯穿裂缝两种。1是由于表面和内部散热条件不同而造成的，多在早期；2是浇注数日后由于温度降低以及多余水分蒸发而引起的收缩裂缝（垂直裂缝），且发生在靠近基岩的结构断面中部或贯穿结构。 控制混凝土的水化升温、延缓降温速率、减小混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件等是防止大体积混凝土温度裂缝的出发点。
      • 大体积混凝土裂缝控制措施：1、合理选择水泥品种、混凝土配合比。尽量选用如矿渣、火山灰等低水化热的水泥，利用外加剂或掺料减少水泥用量； 2、采取分层或分块浇筑，合理设置水平或垂直施工缝；在合适位置设置后浇带，以放松约束程度； 3、延长养护时间和拆模时间，延缓降温速度； 4、混凝土内部预埋冷却水管，用循环冷却水强制降低混凝土水化热温度。
    • 3耐久性
      • 包括抗渗性p、抗冻性F、抗侵蚀性、抗碳化性、碱骨料反应特性等
      • 密实程度和材质好坏是关键因素。措施： 1根据混凝土工作要求和环境特点，合理选用水泥，并选择合适的混合材料和填料； 2控制水泥用量和采用较小的水灰比，限制最大水灰比和最小水泥用量； 3采用级配好且干净的砂石骨料，选用粒径较大或适中的砂石骨料； 4选择适宜的外加剂（减水剂、引气剂）； 5提高浇灌密度，含充分搅拌、振捣、加强养护等； 6配合比中加入一定用量的矿物掺合料。
    • 4经济合理性
  • 矿山混凝土的特点
    • 一般要求：井下空气、水具有腐蚀作用下的混凝土耐久性要求； 井筒施工采用吊筒或溜灰管运输混凝土时的流动性、均匀性要求； 喷锚支护的骨料和拌合物要求； 冻结法凿井时低温混凝土的要求等
    • 低温混凝土：3d平均气温在5℃以下；最低气温在-3℃以下；温和地区的日平均气温在3℃以下。 混凝土低温施工的措施：1采用高热、快凝水泥，减小水灰比，掺加速凝剂、塑化剂（氯盐腐蚀钢筋，掺量受限），以加速凝固，提高早期强度； 2入模温度≥5℃。当气温在3~5℃以下时，可用热水，也可对砂石加温、搅拌机预热。 低温搅拌时间为常温的1.5倍。 GB50511-2010《煤矿井巷工程施工规范》规定：冻结法凿井，混凝土入模温度15℃为宜，低温季节≥10℃；高温季节≤30℃； 3合理选择施工时间，加强养护：寒潮到达之前，强度达到设计强度的50%，且不低于5~10mpa，低温养护有蓄热法、暖棚法、外部加热法。 施工过程中还可以模板加热，减少热量损失。
  • 配合比
    • 两种表示方法：①、是以1m³中各组分的质量表示，如水泥336kg、砂654kg、石子1183kg、水195kg； ②、以水泥为基本数1，表示出各材料见的比例关系，如前述质量配合比可协成1:1.95:3.52:0.58（水泥：砂子：石子：水）
    • 1水灰比（水：水泥）是决定强度、和易性的重要指标。 以胶凝材料用量取代水泥用量时，采用水胶比代替水灰比。胶凝材料=水泥+掺合料 2水胶比（水：胶凝材料的质量比），是影响混凝土结构密实的一个重要参数。 3砂率（砂：砂石总和的质量比）是影响混凝土浇筑及其工作性能的重要参数。
    • 设计依据：1工作性能：坍落度、扩展度等； 2、力学性能：抗压强度、抗折强度等； 3、耐久性能：抗渗、抗冻、抗腐蚀等。
    • 依照有关标准给定的公式计算，得出“计算配合比”→ 通过实验室对强度、耐久性检验后调整的配合比：“实验室配合比”→ 实验室骨料无水，现场骨料含水，换算成“施工配合比”
• 其他非金属材料
  • 墙体材料
  • 建筑砂浆=砂+胶结材料+水，性能要求有：流动性（稠度）、保水性、强度、粘结力和收缩变形
  • 气硬性材料：石膏、石灰、水玻璃（用途包括配置建筑涂料、直接涂刷砖、混凝土制品等，以提高密实性、耐久性。配置专用的砂浆、混凝土，如耐酸、耐热、防水等。或作为速凝剂掺合料，配置注浆液用于堵水和加固等）
  • 防水材料：应具有较高的抗渗性、耐水性。应有一定的强度、粘结力、柔性和延性、抗冻耐高温、耐腐蚀性、耐久性等
  • 沥青
    • 石油沥青：黏滞性、塑性、温度敏感性、大气稳定性
    • 沥青基、改性沥青基防水材料：冷底子油、乳化沥青，用于防水工程底层；沥青玛琦脂、树脂沥青、橡胶沥青等用于防水卷材或密封材料。
  • 其他
    • 防水卷材
    • 防水涂料：沥青涂料、高分子涂料两种。用于屋面、墙面、水池、沟槽、下水管、地下结构等工程防水。 评价涂料好坏，应考虑良好的防水防潮、防渗性、防腐蚀性、稳定性、抗老化性等，且满足一定强度，施工方便
    • 建筑密封材料